Pixel Binning ทำให้ภาพถ่าย Galaxy S22 ของคุณยอดเยี่ยมได้อย่างไร

อุตสาหกรรมสมาร์ทโฟนยังคงทำสงครามกันอย่างเต็มที่เพื่อชิงความเป็นใหญ่ของกล้อง โดยแบรนด์ต่างๆ พยายามอัดพิกเซลในกล้องให้ได้มากที่สุด จากสิ่งเล็กน้อยเหล่านั้น กล้องมาโครและความลึก 2 ล้านพิกเซล สำหรับปลากะพง 108 ล้านพิกเซลบนโทรศัพท์เช่น Galaxy S22 Ultra ตัวเลขดูเหมือนจะเพิ่มขึ้นเท่านั้น

เร็วๆ นี้, เซ็นเซอร์กล้อง 200 ล้านพิกเซลของ Samsung จะนำสิ่งต่างๆ ไปสู่อีกระดับหนึ่ง แต่หัวใจสำคัญของเวทมนตร์พิกเซลนี้คือเทคโนโลยีที่เรียกว่า Pixel Binning และเป็นกุญแจสู่ความสำเร็จของกล้อง อย่างไรก็ตาม Pixel Binning อาจไม่เหมือนกันทั้งหมด Samsung ใช้ tetra 4-in-1 pixel binning บน กาแล็กซี่ S22และ Binning พิกเซลแบบ “nona” 9-in-1 บน กาแล็กซี่ S22 อัลตร้า. ทั้งหมดนี้สร้างความแตกต่างหรือไม่? เราพบ.

เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้ Pixel Binning

Pixel Binning ทำหน้าที่อะไร? กล่าวโดยย่อคือ ช่วยให้พิกเซลที่อยู่ติดกันทำงานเป็น "ซูเปอร์พิกเซล" ขนาดใหญ่หนึ่งเดียว ซึ่งรวบรวมข้อมูลได้มากขึ้นเพื่อให้ได้ภาพที่สว่างยิ่งขึ้นด้วยสีที่แม่นยำยิ่งขึ้นและสัญญาณรบกวนน้อยลง ก่อนที่เราจะลงรายละเอียดทางเทคนิค สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าเหตุใดจึงเกิดขึ้นตั้งแต่แรก

เซ็นเซอร์กล้องในโทรศัพท์ของคุณเป็นส่วนประกอบที่รวบรวมและประมวลผลข้อมูลแสงทั้งหมดที่เลนส์ด้านหน้าป้อนเข้าไป เซ็นเซอร์ก็กลายเป็นแผ่นพิกเซลโดยพื้นฐานแล้ว จริงๆ แล้วหลายล้านคน เช่นเดียวกับเซลล์บนต้นไม้ พิกเซลจะดูดซับแสง จากนั้นจึงเกิดการแปลงสัญญาณ เพื่อสร้างภาพที่เราเห็นบนหน้าจอโทรศัพท์ของเรา.

แต่นี่คือส่วนที่แปลก ยิ่งมีจำนวนพิกเซลมากเท่าใด ความละเอียดของภาพก็จะยิ่งสูงขึ้น ช่วยให้มีรายละเอียดและความคมชัดมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อเราเพิ่มพิกเซลมากขึ้นเรื่อยๆ ขนาดของเซ็นเซอร์ก็ควรเพิ่มขึ้นเพื่อรองรับพิกเซลเหล่านั้นด้วย การเปลี่ยนจาก 10MP เป็น 200MP น่าจะส่งผลให้เซ็นเซอร์กล้องมีขนาดใหญ่ขึ้น 20 เท่า แต่เนื่องจากภายในตัวเครื่องของสมาร์ทโฟนมีพื้นที่จำกัดเพื่อให้พอดีกับเซนเซอร์ภาพ การเพิ่มขนาดดังกล่าวจึงไม่เกิดขึ้น

เพื่อแก้ปัญหานี้ ขนาดของพิกเซลจึงถูกย่อลง ทำให้องค์ประกอบที่ไวต่อแสงเหล่านี้พอดีกับแผ่นเซนเซอร์มากขึ้น โดยไม่เพิ่มขนาดมากเกินไป อย่างไรก็ตาม ยิ่งพิกเซลมีขนาดเล็กลง การดูดซับแสงก็จะยิ่งแย่ลง ส่งผลให้รายละเอียดและสีไม่สดใส นั่นคือจุดที่เทคโนโลยี Pixel-binning เข้ามาช่วยเหลือด้วยการสร้างพิกเซลขนาดใหญ่ขึ้นตามอัลกอริทึมซึ่งสามารถดูดซับแสงได้มากขึ้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น คุณจะได้รูปถ่ายที่ดูดีขึ้น.

ประโยชน์ของ Pixel Binning นั้นง่ายต่อการมองเห็น

เมื่ออัลกอริธึมนี้เริ่มทำงาน จะมีการสร้างซุปเปอร์พิกเซลที่ใหญ่ขึ้นเพื่อดูดซับข้อมูลแสงได้มากขึ้น นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อยซึ่งเซ็นเซอร์กล้องจำเป็นต้องรวบรวมแสงให้ได้มากที่สุด ในกรณีของ Tetra Pixel Binning บน Galaxy S22 เมื่อรวมพิกเซลข้างเคียงที่มีสีเดียวกันสี่พิกเซลเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งเดียว ความไวแสงของพิกเซลนั้นจะเพิ่มขึ้นสี่เท่า

ผลลัพธ์ที่ได้คือภาพถ่ายที่อัดพิกเซลจะสว่างขึ้นพร้อมความคมชัดและคอนทราสต์ที่มากขึ้น ภาพด้านบนถ่ายด้วยความละเอียดดั้งเดิม 50MP ของ กล้องหลักของ Galaxy S22. สังเกตระดับของเกรนและขอบที่พร่ามัว ด้านล่างนี้คือภาพถ่าย 12.5 ล้านพิกเซลแบบ Pixel Binned ของวัตถุเดียวกันที่ถ่ายโดย S22 ซึ่งให้เส้นที่ชัดเจนและให้สีที่ดีกว่ามาก โดยมีโปรไฟล์ที่สว่างกว่าบริเวณขอบ

แต่ประโยชน์ของ Pixel Binning ไม่ได้จำกัดอยู่ที่การถ่ายภาพในสภาวะแสงน้อยเท่านั้น เทคโนโลยีนี้ยังช่วยยกระดับเอาต์พุต HDR (High Dynamic Range) อีกด้วย เมื่อถ่ายภาพวัตถุที่มีคอนทราสต์สูงหรือสภาพแวดล้อม เทคโนโลยี Pixel-binning จะสร้างประโยชน์ที่จับต้องได้อีกครั้ง

กลุ่มพิกเซลแต่ละกลุ่ม (ขึ้นอยู่กับสี) มีระดับความไวแสงและเวลาเปิดรับแสงที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าจะรวบรวมข้อมูลแสงในรูปแบบที่แบ่งส่วนและมีความแม่นยำสูงกว่า ด้วยเหตุนี้ เมื่อใช้การประมวลผล HDR กับข้อมูลออปติคัลที่รวบรวมโดยอาร์เรย์พิกเซลแต่ละภาพ ภาพถ่ายจึงดูคมชัด พร้อมความแม่นยำของสีที่สูงขึ้นและช่วงไดนามิกที่ดีขึ้น

แนวทางต่างๆ ของ Samsung ในการใช้ Pixel Binning

ขนาดของ Pixel Binning ขึ้นอยู่กับจำนวนพิกเซล ตัวอย่างเช่น กล้อง 48MP จะรวมสี่พิกเซลเป็นซุปเปอร์พิกเซลที่ขยายใหญ่ขึ้นเพื่อให้ได้ภาพขนาด 12MP นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมแบรนด์ต่างๆ ถึงทำการตลาดในรูปแบบ 4-in-1 pixel binning ในทำนองเดียวกัน เซ็นเซอร์กล้องที่มี 5o ล้านพิกเซลหรือ 64 ล้านพิกเซลจะสร้างภาพ 12.5MP และ 16MP ตามลำดับ ในศัพท์แสงทางการตลาดของ Samsung คุณอาจเจอชื่อ "Tetracell" เพื่อกำหนดกระบวนการนี้

ในระดับเทคนิค พิกเซลจะไม่เคลื่อนที่หรือรวมเข้าด้วยกันจริงๆ แทน, มันทำในระดับซอฟต์แวร์ โดยใช้อัลกอริธึมรีโมเสก การจัดเรียงพิกเซลแต่ละรายการยังคงเป็นเรื่อง RGB ตามปกติ งานของ Tetracell คือการจัดกลุ่มพิกเซลที่มีฟิลเตอร์สีเดียวกันติดกันในอาเรย์พิกเซล 2x2 แล้วรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างอาเรย์พิกเซล RGB เทียมที่ใหญ่ขึ้นเพื่อรวบรวมแสงมากขึ้น ลองดูภาพด้านบนเพื่อดูว่าจะเป็นอย่างไร

กล้อง 50MP ใน Galaxy S22 ใช้พิกเซลขนาด 1 ไมครอน แต่เมื่อเทคโนโลยี Pixel-binning เริ่มทำงาน มันจะรวมอาร์เรย์ 2×2 ของพิกเซลขนาด 1 ไมครอนที่อยู่ติดกันเข้าด้วยกัน สิ่งนี้ทำให้เรามีซุปเปอร์พิกเซลที่ใหญ่ขึ้นซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ไมครอน นี่คือวิธีเตตร้า แต่เมื่อคุณมีกล้อง 108MP บนโทรศัพท์เช่น Galaxy S22 Ultra ขนาดพิกเซลจะยิ่งเล็กลง

แทนที่จะใช้การรวมพิกเซลแบบ 4-in-1 เซ็นเซอร์ 108MP นี้อาศัยสิ่งที่ Samsung เรียกว่าเทคโนโลยี "Nonacell" มันรวมพิกเซลข้างเคียงเก้าพิกเซลเป็นหนึ่งเดียว การรวมอาร์เรย์พิกเซล 3×3 เข้าด้วยกันทำให้เกิดซุปเปอร์พิกเซลที่ใหญ่ขึ้นโดยมีขนาด 2.4 ไมครอน ในการทำเช่นนั้น ความละเอียดจะลดลงจาก 108MP ดั้งเดิมเป็น 12MP แต่ภาพถ่ายจะสว่างขึ้นและมีความแม่นยำของสีที่ดีขึ้น นี่คือวิธีการ binning พิกเซลแบบโนนา

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น พิกเซลที่มีขนาดเล็กกว่าจะมีปัญหาในการรวบรวมข้อมูลแสง ดังนั้นจึงสูญเสียรายละเอียดในภาพถ่ายไป ภาพซ้ายด้านบนเป็นส่วนหนึ่งของภาพความละเอียดเต็ม 108MP ที่ถ่ายโดยเซ็นเซอร์กล้องหลักของ Galaxy S22 Ultra ซึ่งมาพร้อมกับพิกเซลที่เล็กกว่า 0.8 ไมครอน ทางด้านขวาเป็นส่วนที่ครอบตัดจากช็อต 50MP ถ่ายโดยกล้องหลักของ Galaxy S22ซึ่งบรรจุพิกเซลขนาดใหญ่กว่า 1 ไมครอน เนื่องจากพิกเซลมีขนาดใหญ่ขึ้น เซ็นเซอร์กล้องของ Galaxy S22 จึงรวบรวมข้อมูลแสงได้มากขึ้น และด้วยเหตุนี้ คุณจึงสามารถดูรายละเอียดเกี่ยวกับสายนาฬิกาหนังได้มากขึ้น โดยมีความคมชัดที่ดีขึ้นและการรับแสงที่ดีขึ้นมาก

อย่างไรก็ตาม เมื่อ Pixel Binning เริ่มทำงาน เซ็นเซอร์กล้องของ Galaxy S22 Ultra จะสร้างซุปเปอร์พิกเซลขนาดใหญ่ขึ้น 2.4 ไมครอน ที่รวบรวมข้อมูลแสงได้มากกว่ากล้องหลักของ Galaxy S22 ซึ่งสร้างซุปเปอร์ขนาด 2 ไมครอนที่เล็กลงอย่างเทียม พิกเซล ผลลัพธ์ที่ได้กลับตรงกันข้ามอย่างน่าประหลาดใจ

ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบน Super Pixel ที่ใหญ่กว่าของ Galaxy S22 Ultra ช่วยให้การแยกวัตถุได้รับการปรับปรุง พร้อมการควบคุมความคมชัดที่สูงขึ้น รายละเอียดพื้นผิวที่มากขึ้น และความแม่นยำของสีที่ดีขึ้น แต่ Pixel Binning ไม่ใช่แค่การแสดงรายละเอียดในที่แสงน้อยเท่านั้น นอกจากนี้ยังมีบทบาทอย่างมากในการสร้างสี การจัดการช่วงไดนามิก และพารามิเตอร์ที่สำคัญอื่นๆ

ในภาพด้านซ้ายบน Galaxy S22 ทำงานได้ดีกว่ามากทั้งในด้านการรับแสงวัตถุ การประมาณความลึก และสี การสร้างภาพด้วยภาพความละเอียดเต็ม 50MP เทียบกับการถ่าย 108MP ของฉากเดียวกันจาก Galaxy S22 อัลตร้า พิกเซลที่เล็กลง บนกล้องหลักของ Galaxy S22 Ultra ส่งผลให้สีซีดจางบนอาคารและโปรไฟล์โดยรวมที่เด่นชัดน้อยลง

เช่นเดียวกับสถานการณ์ในสภาวะแสงน้อย Pixel Binning อีกครั้งจะเน้นความแตกต่างและพลิกผลลัพธ์ ด้วยซูเปอร์พิกเซลที่ใหญ่กว่าที่สร้างขึ้นโดยเซ็นเซอร์กล้องของ Galaxy S22 Ultra ภาพทางด้านขวาด้านบนจึงแสดงให้เห็น ร่องอิฐในภาพมีความแม่นยำมากกว่า และสีดูใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากกว่าในภาพที่ถ่ายโดยกาแล็กซีวานิลลา ส22. อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่า Pixel Binning ไม่ใช่ปัจจัยเดียวในการตัดสินใจคุณภาพของภาพ ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับยี่ห้อของเซ็นเซอร์อัลกอริธึมพื้นฐาน และรูรับแสง รวมถึงปัจจัยอื่นๆ

อนาคตของ Pixel Binning บนสมาร์ทโฟน

วิวัฒนาการต่อไปคือเซ็นเซอร์กล้อง 200MP โดยที่สงครามพิกเซลไม่มีวันสิ้นสุด ในความเป็นจริง มีข่าวลือว่า Motorola จะเปิดตัวโทรศัพท์เครื่องแรกที่ใช้ฮาร์ดแวร์สร้างภาพที่ทรงพลังเช่นนี้ ในกรณีนี้ อัลกอริธึม remosaic จะรวมพิกเซลไม่น้อยกว่า 16 พิกเซลเป็นหน่วยขนาดใหญ่เดียว ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ ISOCELL HP-1 ความละเอียด 200MP ของ Samsung เอง ซึ่งนำเสนอ Pixel Binning รูปแบบไฮบริดใหม่

กล้องจะดำเนินการกระบวนการรวมพิกเซล 4×4 แบบไฮบริดที่เกิดขึ้นในสองขั้นตอน ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ของแสง ขั้นแรก เซ็นเซอร์ดำเนินการ 4-in-1 binning ที่เกี่ยวข้องกับอาร์เรย์ 2×2 ของพิกเซล 0.64 ไมครอน ซึ่งจะสร้างซุปเปอร์พิกเซลที่ใหญ่ขึ้นซึ่งวัดได้ 1.28 ไมครอน และสร้างภาพถ่ายที่ความละเอียด 50 ล้านพิกเซล จากนั้น เซ็นเซอร์จะทำการ Binning แบบ 4-in-1 อีกครั้งหนึ่งซึ่งเกี่ยวข้องกับอาเรย์ขนาด 2×2 ของพิกเซลขนาด 1.28 ไมครอน ทำให้เกิดซุปเปอร์พิกเซลที่ใหญ่ยิ่งขึ้นซึ่งมีขนาด 2.56 ไมครอน เมื่อสิ้นสุดกระบวนการนี้ ความละเอียดของภาพสุดท้ายจะลดลงเหลือ 12.5 ล้านพิกเซลที่สามารถจัดการได้

ในนั้นเหตุใด Pixel Binning จึงจำเป็นมาก เนื่องจากเซ็นเซอร์กล้องของสมาร์ทโฟนมีจำนวนพิกเซลเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ความต้องการ Pixel Binning ที่มีคุณภาพจึงมีความสำคัญมากขึ้น และเป็นเทคโนโลยีที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าจะเป็น Tetra, Nona หรือ Hybrid Pixel Binning ที่กล่าวถึงข้างต้น บริษัทต่างๆ ยังคงค้นหาว่าวิธีใดทำงานได้ดีที่สุดสำหรับกล้องต่างๆ

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• โทรศัพท์ Android รุ่นล่าสุดของ Asus อาจเป็นภัยคุกคามใหญ่ต่อ Galaxy S23 Ultra
• Galaxy Tab S9 Ultra ดูเหมือนแท็บเล็ตที่น่าตื่นเต้นที่สุดรุ่นหนึ่งในปี 2023
• ปัญหาเกี่ยวกับฟีเจอร์กล้องยอดนิยมของ Galaxy S23 Ultra ได้รับการแก้ไขแล้ว
• บิกซ์บีคืออะไร? วิธีใช้ผู้ช่วย AI ของ Samsung
• ตัวป้องกันหน้าจอ Samsung Galaxy S23 Ultra ที่ดีที่สุด: ตัวเลือก 12 อันดับแรก